Устойчивость растений к тяжелым металлам

Одним из негативных результатов бурной индустриализации является загрязнение среды обитания тяжелыми металлами, к ко­торым относятся химические элементы, имеющие плотность боль­ше 5 г/см³ и атомную массу более 40 Да. Среди химических эле­ментов тяжелые металлы наиболее токсичны, так как оказывают отрицательное действие на растения и другие живые организмы при концентрации 10~⁵ М и выше, хотя в более низких концентра­циях многие из них являются микроэлементами, без которых нор­мальный рост и развитие растения невозможны. Среди тяжелых металлов наибольшей токсичностью обладают Со, Ni, Cu, Zn, Sn, As, Те, Rb, Ag, Cd, Au, Hg, Pb, Sb, Bi и Pt. Их токсичность зависит от валентности и ионного радиуса металла, его способности к об­разованию комплексов, а также вида растения и почвенноклиматических условий произрастания.

Загрязнение среды некоторыми тяжелыми металлами происхо­дит в результате сжигания топлива, деятельности горнодобываю­щей промышленности, сбрасывания сточных вод и внесения в почву удобрений. Тяжелые металлы поступают в растение преиму­щественно через корневую систему из почвы, в меньшей степе­ни — через листья. Скорость поглощения растением металлов за­висит от рН почвенного раствора, содержания органических ве­ществ в почве и концентрации других ионов.

Основная часть высших растений повреждается избыточным содержанием тяжелых металлов. Однако многие растения способ­ны накапливать в основном в надземных органах большие количе­ства тяжелых металлов, многократно превышающие их концентра­ции в почве. Эти растения так и называются растениями-аккумуля­торами, которые в процессе эволюции, произрастая на почвах гео­химических аномалий, сформировали конститутивные механизмы устойчивости к тяжелым металлам, что позволяет им аккумулиро­вать токсичные элементы в метаболически инертных органах и ор­ганеллах или включать их в хелаты и тем самым переводить в фи­зиологически безопасные формы. Подобные виды растений начи­нают активно использовать для разработки технологий биологиче­ской очистки, загрязненных территорий.

Помимо растений-аккумуляторов существуют растения-индика­торы и растения-исключатели. У растений-индикаторов содержа­ние металла в клетках соответствует его содержанию в почве. В по­бегах растений-исключателей поддерживается низкая концентра­ция металлов, несмотря на высокую концентрацию в окружающей

среде. В этом случае барьерную функцию выполняет корень. Спо­собность растения аккумулировать тяжелые металлы в корнях или надземных органах иногда зависит от природы химического эле­мента. Так, факультативный галофит хрустальная травка аккумули­рует ионы меди (до 2 г/г сухой массы) в листьях, а кадмий — в кор­нях (до 1,5 — 2,0 г/г сырой массы).